一种智能自助口罩分发机
阅读说明：本技术 一种智能自助口罩分发机 (Self-service gauze mask distributor of intelligence ) 是由 王保建 周瑞 姚克 李文平 田飞宇 付佳睿 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能自助口罩分发机,该智能自助口罩分发机中,组合形成口罩运送的机械结构模块包括口罩抬升部件,口罩吸附部件,口罩运送部件,交互式显示机构和电源驱动机构；组合形成口罩运送全程调控的控制系统模块包括执行器驱动模块,人机交互控制模块和整体供电驱动模块。在此基础上,传感器的精确感应确保了口罩能够及时有效的递送到使用者手中。通过刷卡记录使用的模式提高了取出口罩的使用效率。分发口罩类型包含普通医用蓝色口罩与N95口罩两种。本发明可以适用于大多数公共场所自助售卖口罩的应用场景,占用空间很小,安装十分方便。(The invention discloses an intelligent self-service mask dispenser, wherein a mechanical structure module for conveying a mask formed by combination comprises a mask lifting component, a mask adsorption component, a mask conveying component, an interactive display mechanism and a power supply driving mechanism; the control system module for regulating and controlling the whole conveying process of the mask formed by combination comprises an actuator driving module, a human-computer interaction control module and an integral power supply driving module. On the basis, the accurate sensing of the sensor ensures that the mask can be timely and effectively delivered to the hands of the user. The use efficiency of the mask is improved by the mode of using the card by swiping. The dispensing mask types include two types, namely a common medical blue mask and an N95 mask. The invention can be suitable for application scenes of self-service gauze mask selling in most public places, occupies small space and is very convenient to install.)
技术领域
本发明属于公共服务器械技术领域，特别涉及一种智能自助口罩分发机。
背景技术
由于新冠肺炎疫情的影响，个人和社会对于卫生防护的意识变高，在公共场所也一直保持着疫情防控的常态化。但人们在日常生活中难免会发生诸如遗忘口罩、丢失口罩等意外情况，在出入公共场所或乘坐公共交通工具时因未佩戴口罩而遭到拒绝的尴尬情况时有发生，这对于某些有紧急事情的人造成了很大的不便，甚至会由此而引发不必要的矛盾和冲突。传统的口罩售卖方式一般都是在药店、网店大包装售卖，对于上述忘带口罩的情形，人们就需要为了一个“救急”口罩去购买大包的口罩。
针对上述问题，目前自助的口罩机还没有落地的产品，在现有技术中，只有相关的公开专利，但都是针对家用口罩存储难的问题而提出的设计，相比于本专利来说，占用的空间也比较大，灵活性不强。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供了一种智能自助口罩分发机，首先使用者通过口罩机正面的人机交互界面选择想取用的口罩类型，接下来口罩抬升机构将要待取的口罩由口罩托盘抬升到预定的高度，此时横向的丝杠驱动口罩吸附机构到口罩的上方，下一步口罩吸附机构利用气泵吸住口罩，再运送到口罩的出口位置，将口罩松开，完成了一次取口罩的动作。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：
一种智能自助口罩分发机，包括口罩抬升机构、口罩吸附机构、口罩运送机构、交互式显示模块和控制系统；
口罩抬升机构用于支撑于外框架，包括距离传感器、竖直丝杠、竖直丝杠导轨、口罩托盘、托盘支架以及步进电机，口罩托盘由托盘支架承受重量，并共同固定于竖直丝杠导轨中；
口罩托盘与竖直丝杠导轨间连接固定，步进电机输出端与竖直丝杠固定连接，距离传感器位于口罩托盘正上方，在口罩抬升时检测口罩与距离传感器自身之间的距离；竖直丝杠导轨顶部与步进电机相连，底部与外框架固定连接；在收到使用者取出口罩的指令后，步进电机正向旋转带动口罩托盘上升，到达指定位置后由距离传感器检测并确定，此时驱动电机停止运作；
口罩吸附机构固定于外框架中上部，包括真空泵、导气管、水平丝杠、水平丝杠导轨与吸盘，吸盘固定于水平丝杠导轨，通过真空泵将吸盘内气压降低，使得吸盘与口罩紧密贴合，并最终完成固定口罩的作用，当吸盘移动到口罩正上方时通过限位开关反馈、改变常开状态，使得吸盘停止；
交互式显示模块固定于外框架前部，包括刷卡器与触控显示屏幕；
控制系统固定于外框架内部的最上方，控制系统包括控制板模块，供电和驱动模块；
控制板模块包含，UNO R3控制板，其控制口罩分发机的电机驱动器、气泵驱动器，接收距离传感器、限位开关、串口控制信息，协调电机的运动，控制完成口罩的运送功能，MEGA2560控制板，其控制3.5寸触摸显示屏的显示、交互，通过串口将取口罩的任务信息发送到NUO控制板，其处理RC522刷卡器读取到的NUID信息，
电源和驱动模块包含：12v电源转换器，其将220v的电压转换为12v的电压，为整个智能自助口罩分发机提供12v电源，TB6600步进电机驱动器，其产生细分的步进电机控制信息，控制步进电机的运动，L298N驱动器，其产生直流的驱动电压，驱动气泵工作。
本发明进一步的改进在于，口罩运送机构与口罩吸附机构相互配合，由口罩吸附机构将口罩吸附于吸盘中，并由口罩运送机构控制吸盘在水平丝杠导轨上水平移动，将普通口罩或N95口罩从口罩存放处移动至出口处。
本发明进一步的改进在于，口罩出口处位于整体装置中部，左右部分分别为普通口罩存放处与N95口罩存放处，三部分通过外框架内置结构隔离，并通过口罩运送机构与口罩吸附机构相互通连。
本发明进一步的改进在于，口罩抬升机构与口罩吸附机构处于垂直空间方位，由口罩抬升机构将口罩升起，并由口罩吸附机构完成对口罩叠层顶部口罩的吸附。
本发明进一步的改进在于，使用者与产品的交互由一个显示屏与刷卡感应器完成，通过刷卡感应器完成对使用者的身份识别，通过显示屏完成使用者对口罩类型的选择；显示屏与刷卡感应器相互配合完成取出口罩过程的第一步。
本发明进一步的改进在于，显示屏为触摸屏，并与多插口的MEGA2560控制板相连，满足人机交互端的控制与使用要求。
本发明进一步的改进在于，显示屏界面包括首页选口罩界面、确认取消界面、提示刷卡界面、取口罩界面，使用过程中仅已被记录身份的卡片使用者才能够继续取口罩，未记录的使用者通过管理者添加身份信息后方可使用。
本发明进一步的改进在于，刷卡感应器读取的为使用者身份卡的NUID，采用串口通信的方式进行连接，并用于存储使用者卡片的NUID信息。
本发明进一步的改进在于，真空泵控制器为L298N驱动器；
口罩抬升机构、口罩运送机构真空泵的电机控制器为TB6600步进电机驱动器。
本发明进一步的改进在于，距离传感器使用的为US-105超声波测距模块；
12V电源为LRS-35-12电源，针对三个步进电机驱动器与真空泵驱动器采用12V电源供电，针对UNO及MEGA控制板降压为5V供电。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种智能自助口罩分发机，适合在公共场所投放的智能自助口罩分发机，该设施能够实现单个口罩投放、两种类型口罩分发、交互式购买等功能。该口罩机占用空间小，可以自由投放到各种场所，极大便利人们的生活，也能够产生很好的经济效益。可以满足日常使用的普通医用口罩和N95口罩的自助售卖。另外本发明设计时考虑的售卖对象是独立包装的口罩。
相比于现有的发明，本发明可以适用于大多数公共场所自助售卖口罩的应用场景，占用空间很小，安装十分方便；可以满足多种类型口罩的售卖功能，满足市场上一般的普通医用口罩、N95口罩的售卖；本发明更加适用于商业化的自助售卖场景，具有很大的市场前景。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例提供的一种智能自助口罩分发机的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例提供的口罩抬升机构的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例提供的口罩吸附机构和口罩运送机构的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例提供的电源驱动和控制模块的结构示意图。
附图中标记说明如下：
1、型材框架；2、电源驱动和控制模块；3、口罩吸附机构；4、口罩运送机构；5；口罩隔板；6、口罩抬升机构；7、12V电源转换器；8、面包板；9、第一步进电机驱动器；10、气泵驱动板；11、刷卡器；12、触摸显示屏；13、第一单片机；14、第二步进电机驱动器；15、第二单片机；16、电子元件托板；17、第三步进电机驱动器；18、水平丝杠联轴器；19、第一步进电机；20、真空泵；21、导气管；22、吸盘座；23、吸盘；24、丝杠第一支承板；25、水平丝杠；26、水平丝杠轴承座；27、水平丝杠导轨；28、水平丝杠导轨座；29、水平丝杠螺母；30、水平丝杠螺母座；31、水平丝杠连接件；32、限位开关；33、丝杠第二支承板；34、第二步进电机；35、距离传感器；36、普通口罩托盘；37、第三步进电机；38、第二竖直丝杠；39、N95口罩托盘；40、底板；41、竖直丝杠轴承座；42、直角支架；43、竖直丝杠螺母座；44、竖直丝杠连接件；45、丝杠螺母；46、侧边型材框架；47、竖直丝杠导轨；48、第一竖直丝杠；49、竖直丝杠联轴器。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
如图1所示，本发明提供的一种智能自助口罩分发机，包括口罩抬升机构，口罩吸附机构，口罩运送机构和交互式显示模块；控制系统包括控制板模块，供电和驱动模块。
口罩抬升机构包括，距离传感器35，其安装在口罩托盘的正上方，用于测量口罩抬升过程中待取口罩的高度，口罩托盘，其用于口罩的存放和升降，托盘与两侧的腔壁形成口罩的存储空腔，竖直丝杠，其驱动口罩托盘的升降运动，竖直丝杠导轨，其承受丝杠的横向载荷，螺母座与导轨形成移动副，直角支架42，其连接口罩托盘和丝杠的滑块，第二步进电机34，其安装在丝杠的上轴端，驱动丝杠的转动，其选用的是42步进电机，竖直丝杠联轴器49，其连接丝杠和驱动电机。
口罩吸附机构包括：真空泵20，其提供吸附口罩的动力，L298N驱动器，其提供真空泵的驱动电压，导气管21，其连接到真空泵与吸盘之间，传递真空泵的动力，吸盘23，其接触到口罩之后，借助真空泵的动力吸附和释放口罩，水平丝杠螺母座30，其用于吸盘的工作位置的调整。
口罩运送机构包括：水平丝杠螺母座30，其驱动吸盘进行横向移动，调整吸盘的工作位置，水平丝杠导轨27，其与水平丝杠螺母座形成水平方向的移动副，承受丝杠的纵向载荷，限位开关32，其布置于两侧口罩的上侧，当吸盘的滑块运动到限位开关处时，丝杠停止运动，以此保证吸盘吸附口罩时能够工作在口罩的正上方，其选用的按压式限位开关，第一驱动电机，其连接到丝杠的右轴端，驱动丝杠的转动，选用的是42步进电机，取口罩空腔，其布置于口罩分发机的中间位置，内设斜坡，便于口罩掉出到空腔，水平丝杠联轴器18，其连接丝杠与第一步进电机。
交互显示模块包含：触摸显示屏12，其安装于口罩分发机的正面的右上侧，显示当前口罩机里面存有的口罩类型，便于顾客选用自己需要取用的口罩类型，刷卡器11，其安装于触摸屏的一侧，用于读取顾客所刷卡的NUID、
控制板模块包含，UNO R3控制板，其控制口罩分发机的电机驱动器、气泵驱动器，接收距离传感器、限位开关、串口控制信息，协调电机的运动，控制完成口罩的运送功能，MEGA2560控制板，其控制3.5寸触摸显示屏的显示、交互，通过串口将取口罩的任务信息发送到NUO控制板，其处理RC522刷卡器读取到的NUID信息。
电源和驱动模块包含：12v电源转换器，其将220v的电压转换为12v的电压，为整个智能自助口罩分发机提供12v电源，TB6600步进电机驱动器，其产生细分的步进电机控制信息，控制步进电机的运动，L298N驱动器，其产生直流的驱动电压，驱动气泵工作。
所述的智能自助口罩分发机中，设有两个口罩托盘和另个口罩抬升机构，可以取用两种口罩，但该设备可以根据实际的设计需求增加口罩存储腔的个数，以满足更多种类口罩的售卖。
所述的人机交互界面可以显示收款码用于售卖口罩时顾客付款。
所述的智能自助口罩分发机背面设计有后门，打开之后可以向口罩机内添加独立包装的口罩。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
一个实施例中，如图1、图2、图3和图4所示，本发明提供一种智能自助口罩分发机，包括：型材框架1、电源驱动和控制模块2、口罩吸附机构3、口罩运送机构4、口罩隔板5和口罩抬升机构6；其中，
所述电源驱动和控制模块包括12V电源转换器7、面包板8、第一步进电机驱动器9、气泵驱动板10、刷卡器11、触摸显示屏12、第一单片机13、第二步进电机驱动器14、第二单片机15、电子元件托板16、第三步进电机驱动器17；
所述口罩吸附机构包括真空泵20、导气管21、吸盘座22、吸盘23和水平丝杠连接件31；导气管23一端与真空泵20进气口连接，一端与吸盘座22连接，连接处均用扎带进行固定密封；吸盘座22与水平丝杠连接件31螺纹连接；
所述口罩运送装置包括水平丝杠联轴器18、第一步进电机19、丝杠第一支承板24、水平丝杠25、水平丝杠轴承座26、水平丝杠导轨27、水平丝杠导轨座28、水平丝杠螺母29、水平丝杠螺母座30、水平丝杠连接件31、限位开关32和丝杠第二支承板33；水平丝杠联轴器18通过紧固螺钉与第一步进电机19和水平丝杠25连接；水平丝杠轴承座26通过紧固螺钉与水平丝杠25连接，与丝杠第一支承板24和丝杠第二支承板33螺纹连接；水平丝杠导轨座28通过紧固螺钉与水平丝杠导轨27连接，与丝杠第一支承板24和丝杠第二支承板33螺纹连接；限位开关32与丝杠第一支承板24以及丝杠第二支承板33粘接；水平丝杠螺母29与水平丝杠螺母座30连接；水平丝杠连接件31与水平丝杠螺母座30螺纹连接；
所述口罩抬升机构包括第二步进电机34、丝杠第一支承板24、距离传感器35、普通口罩托盘36、第三步进电机37、丝杠第二支承板33、第二竖直丝杠38、N95口罩托盘39、底板40、竖直丝杠轴承座41、直角支架42、竖直丝杠螺母座43、竖直丝杠连接件44、竖直丝杠螺母45、侧边型材框架46、竖直丝杠导轨47、第一竖直丝杠48和竖直丝杠联轴器；竖直丝杠联轴器49通过紧固螺钉与第二步进电机34和第一竖直丝杠48连接；第二步进电机34与丝杠第二支承板24螺纹连接；竖直丝杠轴承座41通过紧固螺钉与第一竖直丝连接，与底板40螺纹连接；直角支架42与竖直丝杠螺母座43螺纹连接，与普通口罩托盘36以及N95口罩托盘39螺纹连接。
本实施例中，触摸显示屏12显示当前口罩机里面存有的口罩类型，用户选择口罩类型后在刷卡器11刷卡，第一单片机13接收信号后向第二单片机15发出指令，单片机15根据指令类型分别向第一步进电机驱动板9、第二步进电机驱动板14、第三步进电机驱动板17和气泵驱动板10发出指令，从而控制第一步进电机19、第二步进电机34、第三步进电机37转动以及真空泵20的开关，进而驱动吸盘23水平横向移动以及普通口罩托盘36和N95口罩托盘39的竖直上下移动，从而吸取口罩。
本实施例中，限位开关32在被水平丝杠螺母座30按压后，向第二单片机15发出信号，第二单片机15随即向第一步进电机驱动板9和气泵控制板10发出指令，控制第一步进电机19停止，并使真空泵20开始工作，从而使吸盘23停止运动并在吸盘下端形成负压吸附口罩。
本实施例中，距离传感器35与电子元件托板16粘连，通过超声波探测其与普通口罩托盘36或N95口罩39上放置的口罩的距离，并在距离小于设定阈值时向第二单片机15发出信号，第二单片机随即向第二步进电机驱动板14或第三步进电机驱动板17发出指令，控制第二步进电机34或第三步进电机35停止转动，从而使口罩托盘停止运动，吸盘23通过下端负压吸取一个口罩。同时第二单片机15向第一步进电机驱动板9发出指令，控制第一步进电机19在10秒后开始转动指定的时长，从而控制吸盘23移动至两口罩隔板5之间的空腔上方，第二单片机15向气泵控制板10发出指令，控制真空泵20停止工作，口罩落入两口罩隔板之间的空腔。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
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